Zespół Hornera jest spowodowany przerwaniem współczulnego unerwienia oka pomiędzy ośrodkiem w pniu mózgu, a samym okiem. Unerwienie to przebiega drogą włókien trzeciego nerwu czaszkowego - okoruchowego (III) z jego jądra przywspółczulnego - Westphala-Edingera. Uszkodzenie może wystąpić przy uszkodzeniu nerwu w miejscu jego wejścia do oczodołu - w szczelinie oczodołowej górnej. Klasycznymi objami zespołu Hornera związanymi z samymi oczami są:

• ptosis - opadnięcie powieki i co za tym idzie zwężenie szpary powiekowej po zajętej stronie, spowodowane osłabiebiem mięśnia Mullera

• miosis - zwężenie źrenicy oka, apowodowane działaniem mięśnie zwieracza źrenicy bez opozycji rozwieracza, czego skutkiem jest nierówność renic (anisocoria)

• enophtalmus - zapadnięcie gałki ocznej do oczodołu, przez niektórych autorów uważane za złudzenie optyczne wywołane przez opadanie powieki

• niedobarwliwa różnobarwność tęczówek (ta po stronie zespołu Hornera jest jaśniejsza, może być obserwowana, jeśli zmiana jest wrodzona lub długotrwała

• źrenica bardzo wolno się rozszerza

Zespół Hornera może też być objawem patognomonicznym guza Pancoasta, który rozwija się w szczycie płuca i nacieka pień współczulny uszkadzając go. Wtedy dochodzi do zaniku aktywności współczulnej w obszarze unerwianym przez pień współczulny i wystąpienia wymienionych wyżej objawów ocznych, a także dodatkowywych:

• anhidrosis - upośledzenie wydzielania potu na części twarzy po zajętej stronie

• vasodilatatio - rozkurcz mięśniówki naczyń skórnych skutkujący ich rozszerzeniem

Inne objawy to pozorny wytrzeszcz, przejściowe obniżenie ciśnienia w gałce ocznej, zmiany w składzie łez.